自然科普:悬河——一道奇特的河流地貌景观
发布时间:2023-06-02
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黄河,我国第二长河,发源于青藏高原的巴颜喀拉山北麓,以大“几”字形蜿蜒流过我国北部山岳、平川、盆地等,东入大海。它不仅滋养、哺育了沿河流域的华夏儿女,更成为孕育中华文明的摇篮。黄河流域是中华民族的重要发祥地,早期的蓝田人、大荔人、丁村人、河套人等文明部落就在此繁衍生息,诞生了仰韶文化、马家窑文化、大汶口文化、龙山文化等人类早期文明。黄河流域遍及9省(区),面积75.2443万平方千米。中游流经黄土高原,大量泥沙进入河中,河水异常浑浊,在泥沙沉积作用下,易在一定环境下发育形成一种河床明显高出两岸地面的河流——悬河。悬河虽景致新奇,但危害大。因此,探寻悬河的形成与特性、危害及其发展演化,可以更好地了解自然、敬畏自然,保护生态环境,更好地支撑防灾减灾,助力黄河流域生态文明建设和高质量发展。

泥沙——悬河生成之基

> 浊浪滚滚

(图片来源:https://www.huitu.com)

黄河,延续了数千年的华夏文明脉络,是中华民族的母亲河。但黄河也饱受巨大泥沙的折磨与摧残,留下许多岁月难以抹去的伤痕。它自西北高原奔流而来,携泥裹沙、激浪翻腾,一路冲刷侵蚀着沿途的软硬岩土。由于黄河中上游气候干燥、雨期集中且短时雨量强度大,流水的侵蚀、冲刷作用和水沙输入都非常强烈,尤其是流经黄土高原后,更是浊浪翻滚、汹涌澎湃、浑黄异常。

黄土高原是控制和影响黄河泥沙量的关键地带。黄土高原地貌破碎、陡坡遍布、沟壑纵横,土质疏松、植被稀少、水土流失严重。大量泥沙在暴雨径流的强烈冲刷和裹挟下汇入黄河,致黄河泥沙量大增,成为世界上泥沙含量最大的河流,其年平均泥沙量达16亿吨,泥沙含量为37.8千克/立方米。在黄河的泥沙量中,大量来自黄土高原地带和其他黄土丘陵沟壑区。据统计,在黄河河口镇至龙门河段,水量占全河水量比为14%,而沙量占比为55%;龙门至潼关河段,水量占比为21%,沙量占比34%。两者皆为黄河黄土高原流域河段,水少沙多特征非常明显。而在河口镇以上的黄河上游河段,水量约占全河水量的54%,沙量仅占9%;在三门峡以下河段,水量约占10%,沙量仅占2%。又呈水多沙少特点。在黄河所含泥沙中,对下游河道产生淤积危害最大的是那些粒径大于0.05毫米的粗泥沙成分。据几个重要水文站统计,黄河粗泥沙量在总泥沙量中占比为:河口镇20%、吴堡37%、龙门32%、渭河23%。黄河粗泥沙主要来自河口镇至龙门的黄土高原河段区(约占74%)。这些高泥沙含量的河水,易在一定环境条件下沉淀淤积,是引起河道淤积和生成悬河地貌的基石,而黄土高原则是控制黄河泥沙含量变化关键地带。


高岸挟持 缔造悬河地貌景观

山口之下的宽广平原、盆地,是黄河泥沙淤积与洪灾水患横行的乐园。当黄河转进山口之下的广袤平原、盆地时,地形平坦,河流宽阔,流速减慢,主河道侵蚀能力下降。河中大量粗重泥沙打破重力、浮力及水流推力等力量的角逐平衡,率先沉入河底;一些轻细泥沙则一边缓慢悬浮前行,一边相互碰撞、吸附结成更大重块,继续沉入河底。经年累月的泥沙沉积,不断淤高河底,形成浅底河流,使河道频繁改道、游荡,引发河水漫决、溃决冲毁和洪水泛滥灾情。

为了防止水患,人们采取“疏浚河道”“修筑加固河岸提防”“以堤束水,以水攻沙”“引黄放淤”“引黄灌溉”“开凿运河”等修堤疏河方法治理黄河水患,以保障黄河安全行洪过水,一度解决了黄河的洪灾水患问题。加固加高的河岸堤防,同时也短期稳定了黄河河道,让加高的堤防暂时成为一个牢固的河流侧限屏障,而大量泥沙被约束在一段固定的河道内沉积又不断抬高河底,减小河床过水空间。为保住河道的过水行洪能力,被迫继续加高堤岸。如此循环,,久而久之,黄河两岸大堤日增年高,最终形成了一段河床明显高出两岸地面的河流——悬河。目前,郑州以下的黄河下游河段,悬河发育十分普遍。其河床一般高出两岸背河地面3 ~ 5米,多则7 ~ 8米,局部达10米以上,全靠两岸1400千米长的堤坝围护行洪。且由于该段河流支流封闭、补给停止,仅有干流上游河水补给,河床不断淤高,成为其他河流流域的分水岭,河水向两岸渗透,这些悬河发展已逐步进入了“老年期”。且由于来水来沙和历史条件的差异,不同河段的高悬程度与形态又有所差别。其中:在东坝头至陶城铺河段,主河槽高于滩地,滩地又高于背河地面且堤根低洼,“悬之又悬”的特点突出,又称“二级悬河”;而在开封柳园口段河流,高悬河水面与地面的高差最大,“悬河”特点最为突出。

> 开封市柳园口段悬河示意图

这些悬河地貌景致新奇反常。它的反常特点是:在宽阔、平坦的地形上,水能在高出地面的河床上自然流淌;无论丰、枯季节总是河水在向两岸地下水补给;河流河床、河漫滩、河底泥沙带顶皆高于两岸背河地面;一段河流水系(黄河水系)竟能同时、同地分隔其他两大水系(淮河、海河水系);沿线河流无一支流汇入,流域面积狭小细长;河段滩地横比降显著大于河道纵比降;等等。

悬河景致壮观奇特。从其远处登高眺望山口之下横流而过的下游黄河时,映入眼帘的是一条横亘高凸的高岸堤河流,其河床高悬,高过了屋顶、树顶,仿佛“一条悬挂空中的流淌河流”,横贯山口之下的平原大地。

漫步在靠近黄河岸堤外侧时,阵阵“哗哗”流水声从头顶传来,抬眼望去,一堵高高“堤墙”挡住视线,但不见流水真容。顺坡而上,在较高的“堤墙”顶部行走,可见堤内河水奔流,波光粼粼,不时鸟鸣盘旋;堤外,地势平坦,绿色田野一望无际,远处村庄炊烟袅袅,城市高楼林立。高凸岸堤分隔了河流与平原,堤内河水面显著高于堤外平坦地面,河水全部悬在地面之上流淌,形成反差巨大的视觉冲击。

顺流泛舟而下时,河道蜿蜒,河滩时断时有,却难见沿岸外侧美景和傍河道路上的过往行人车辆。

在黄河大桥上逆河远眺,一条波光闪闪、汹涌澎湃的空中长河,自天边奔泻而来,尽显“黄河之水天上来”的磅礴气势,蔚为壮观,不愧为世界第一悬河!

> 黄河堤岸

(图片来源:https://www.huitu.com)

如此,人类修固、加高的河岸堤防,像一道河流侧限屏障,不断挡护夹持河流的泥沙沉积,缔造出一道奇特的河流地貌景观。这些盛景奇观与较多反常特性,使悬河成为黄河沿线一道独有的地质地貌景观。

黄河下游的悬河发育,对两岸人类生存和经济发展构成了极大威胁。首先,高悬的河水蕴藏了极大的河水溃坝冲击动能,尤其是汛期一旦溃坝,河水倾泻而下,将摧毁决口带附近的村庄、田野,乃至城市,造成巨大经济损失,且防范难度很大;其次,高悬河床,易使河道长期处于小流量状态,加剧主河槽内泥沙淤积,发生横河、斜河和顺堤行洪等河灾威胁,导致“小水致大灾”“小流量,高水位,险情多,灾害大”等风险;再次,高悬河流,让河岸外侧露出较大临空面,一来临空坝体单薄,抵抗洪水的冲击能力下降,二来增大了蚁穴、鼠洞等毁堤风险机率。由于悬河高水位,增大了两岸地带的地下水渗流梯度,易诱发潜蚀、管涌危害,危及河岸根基稳定;高悬河流,易让两岸地带的抗洪排涝功能降低,易导致下游河道断流,引起生态环境劣变危机。显然,黄河下游的悬河威胁已十分突出,它犹如一把高悬的利剑,与其他黄河问题一道,极大地影响着区域人民生命安全和经济发展。


蓄水拦沙  标本兼治

对黄河水患的治理,早在上古时代就已开始,春秋战国时期,黄河下游已逐步修筑完善了整体堤防,使“治河”水平提升了一大步。隋唐时期,郭衍主持的“开凿广通渠、永济渠,发展漕运”治理;北宋王安石倡导的“引黄放淤”治理;金元时期贾鲁推出的“疏、浚、塞并举方针,堵塞决口,挽河南流,沿泗水、淮水旧道入海”治理;明清时期潘季驯采用的“以堤束水,以水攻沙”和靳铺、陈潢采用的“堵塞决口以挽正河,修筑堤防以束水攻沙”治理等,把“治黄”实践一步步推向更高水准,并为后人留下大量宝贵经验和方法。

纵观我国的“治黄”历史,总体上是积极向上、卓有成效的。但由于黄河水患原因复杂,加之受到生产力和科技发展水平的限制,以及“治黄”工作基本都只围绕在水患频发地带局部被动开展,始终没能真正解决控制影响“黄河水患”的关键核心因素——泥沙含量问题,致使黄河水患顽疾一直未能彻底根治。

新中国成立后,党和国家高度重视黄河水患的综合治理。经反复论证研究,最终采纳了标本兼治的“上保、中拦、下排等统筹蓄水拦沙”方略进行系统综合防治。其中,对黄河上游,强化生态保护理念,实施以自然生态环境保护为主的防治策略;对黄河中游黄土高原,实施防灾与兴利并重、干流和支流兼顾的区域水土流失综合防治策略,通过开展打坝淤地、梯田改造、平整土地、节水灌溉、缓坡绿化等水土保持工作,减少黄土高原进入黄河的泥沙总量,改善黄河泥沙含量问题,又通过拦河蓄水兴修(干流、支流)水库,引黄灌溉等,既缓解了区域水资源短缺问题,又为下游河道的冲淤、疏通,提供泄洪动力条件。对黄河下游,实施以修筑堤防和疏浚防汛为主的防治策略,一方面主要通过加修、加筑河岸堤防及围堰回淤,打造生态固堤等工程治理,解决黄河下游的洪水泛滥问题;一方面又利用其中上游的水库水利枢纽设施,实施联合调度下泄洪流调水调沙治理,冲刷、疏通下游淤积河道,增大河道的行洪能力,很好地解决了黄河下游的悬河危机等问题。

自2002年开始,利用小浪底、西霞院水库联合调度调水调沙,已近20年,累计调沙入海28.8亿吨,使黄河下游河道主槽空间平均下降了2.6米左右,黄河最小过流能力也由2002年汛前的1800立方米/秒扩大至2020年汛前的5000立方米/秒,增大了黄河干流河道的行洪能力。

如今,黄河下游两岸已基本摆脱了悬河危机等水患影响,沿岸人民正意气风发,鼓足干劲,为实现黄河流域高质量发展,描绘人与自然和谐共生蓝图而努力奋斗。

> 虎踞龙盘

(图片来源:https://yk.tuniu.com)

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